今日Science深度剖析金属卤化物钙钛矿太阳能电池

【引言】

金属卤化物钙钛矿（MHPs）的光伏性能主要归功于其高的光吸收系数、高的载流子迁移率、长的电荷扩散长度和较小的乌尔巴赫能量。MHPs的缺陷容忍最初被认为是其优异的载流子输运和特殊复合性能的一个来源，因为大多数点缺陷在钙钛矿体中具有较低的形成能，并且不会形成深的电荷陷阱。后来的理论研究表明，钙钛矿材料表面和晶界的结构缺陷可以诱发深电荷陷阱，这指导了钙钛矿太阳能电池钝化技术的发展，但这只是间接推断。非辐射复合过程也会导致钙钛矿太阳能电池的能量损失，这与钙钛矿中缺陷诱导的陷阱态密切相关。电荷陷阱态在钙钛矿太阳能电池等器件的降解过程中起着重要的作用。陷阱态在空间和能量上分布的知识是理解电荷陷阱对钙钛矿材料和器件中电荷输运和复合影响的最基本要素之一。

【成果简介】

今日，在美国北卡罗来纳大学、内布拉斯加大学林肯分校黄劲松教授团队（通讯作者）带领下，与亚利桑那州立大学合作，报告了金属卤化物钙钛矿单晶和多晶太阳能电池中陷阱态的空间和能量分布。单晶中陷阱密度变化了5个数量级，最低值为2×10¹¹/cm³，大部分深陷阱位于晶体表面。多晶膜界面的所有深度的电荷陷阱密度比膜内部的电荷陷阱密度大一到两个数量级，并且膜内部的陷阱密度仍然比高质量单晶大2到3个数量级。出乎意料的是，表面钝化后，在钙钛矿和空穴传输层的界面附近发现了大多数深陷阱，那里有大量的纳米晶体嵌入，从而限制了太阳能电池的效率。相关成果以题为“Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells”发表在了Science。

【图文导读】

图1DLCP技术

图2 MAPbI₃薄单晶中陷阱态的空间分布

图3MAPbI₃薄单晶中与厚度有关的陷阱密度分布

图4钙钛矿薄膜中陷阱态的空间和能量分布

文献链接：Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells（Science，2020，DOI:10.1126/science.aba0893）

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